JP2018148503A - Quantum communication device, quantum communication system, and quantum communication method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は量子通信装置、量子通信システム及び量子通信方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a quantum communication device, a quantum communication system, and a quantum communication method.
LDPC(Low Density Parity Check)符号は、情報伝送レートの理論上の限界値であるシャノン限界に非常に近い誤り訂正能力を持つ誤り訂正符号として注目を集めている。そのため、通信及びストレージシステム等の分野では、LDPC復号器をハードウェアとして実装すること等の検討が盛んに行われている。 An LDPC (Low Density Parity Check) code is attracting attention as an error correction code having an error correction capability very close to the Shannon limit, which is a theoretical limit value of an information transmission rate. For this reason, in the field of communication and storage systems, etc., investigations such as mounting an LDPC decoder as hardware have been actively conducted.
しかしながら従来の技術では、誤り訂正処理の設定情報をより適切に決定することが難しかった。本発明が解決しようとする課題は、誤り訂正処理の設定情報をより適切に決定することができる量子通信装置、量子通信システム及び量子通信方法を提供することである。 However, in the conventional technique, it is difficult to more appropriately determine setting information for error correction processing. The problem to be solved by the present invention is to provide a quantum communication device, a quantum communication system, and a quantum communication method that can more appropriately determine setting information for error correction processing.
実施形態の量子通信装置は、受信部とシフト処理部と決定部と生成部とを備える。受信部は、光子の量子状態を利用した複数の基底のうち一の基底により表現された量子ビットを、送信装置から量子通信路を介して受信し、受信した複数の前記量子ビットから成る量子ビット列を取得する。シフト処理部は、前記複数の基底からランダムに選択した参照基底により、所定のビット列単位で前記量子ビット列を参照して第1シフト鍵データを取得するシフト処理を行う。決定部は、前記第1シフト鍵データの推定誤り率と、前記推定誤り率のマージンとから、前記第1シフト鍵データの誤り訂正処理の設定情報を決定する。訂正部は、前記設定情報を使用して、前記誤り訂正処理を行うことにより、訂正鍵データを生成する。 The quantum communication device according to the embodiment includes a reception unit, a shift processing unit, a determination unit, and a generation unit. The receiving unit receives a qubit represented by one of a plurality of bases using a quantum state of a photon from a transmitting device via a quantum communication channel, and a qubit string including the received plurality of qubits To get. The shift processing unit performs a shift process of acquiring first shift key data by referring to the quantum bit string in units of a predetermined bit string using a reference base randomly selected from the plurality of bases. The determination unit determines setting information for error correction processing of the first shift key data from the estimated error rate of the first shift key data and a margin of the estimated error rate. The correction unit generates correction key data by performing the error correction process using the setting information.
以下に添付図面を参照して、量子通信装置、量子通信システム及び量子通信方法の実施形態を詳細に説明する。 Exemplary embodiments of a quantum communication device, a quantum communication system, and a quantum communication method will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
(第1実施形態)
はじめに第1実施形態について説明する。
(First embodiment)
First, the first embodiment will be described.
[装置構成の例]
図1は第1実施形態の量子通信システム100の装置構成の例を示す図である。第1実施形態の量子通信システム100は、2つの量子通信装置(送信装置10及び受信装置20)を備える。送信装置10は、量子ビットを示す光子を連続的に受信装置20に送信する。なお第1実施形態では、説明の便宜上、光子を送信する側の装置を送信装置10と呼ぶが、送信装置10が光子を受信する機能を有していてもよい。同様に、受信装置20が光子を送信する機能を有していてもよい。
[Example of device configuration]
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a device configuration of a
送信装置10及び受信装置20は、量子鍵データを使用して、暗号データを送受信する。量子鍵データの生成方法の詳細については、図2を参照して説明する。
The
[機能構成の例]
図2は第1実施形態の量子通信システム100の機能構成の例を示す図である。第1実施形態の量子通信システム100は、送信装置10及び受信装置20を備える。
[Example of functional configuration]
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of the
送信装置10及び受信装置20は、量子通信路1を介して接続されている。量子通信路1は、量子ビットを示す光子を送受信する光ファイバーである。量子通信路1は、1光子という非常に微弱な光を送受信するため、外乱の影響を受けやすい。
The
また、送信装置10及び受信装置20は、古典通信路2を介して接続されている。古典通信路2は、量子鍵データ105(209)を生成するための制御情報を送受信する。図2の例では、制御情報は、例えば部分シフト鍵データ102、LDPCパラメータ207及びシンドロームデータ104等である。古典通信路2は、有線であっても無線であってもよく、また有線及び無線を組み合わせて実現してもよい。
The
送信装置10は、送信部11、シフト処理部12、生成部13及び秘匿性増強処理部14を備える。
The
受信装置20は、受信部21、シフト処理部22、推定部23、算出部24、決定部25、訂正部26及び秘匿性増強処理部27を備える。
The
送信部11は、量子ビット列101を、量子通信路1を介して、受信部21に送信する。量子ビット列101を構成する量子ビットは、光子の量子状態を利用した複数の基底のうち一の基底により表現される。基底には、例えば光子の偏光及び位相等が利用される。
The
受信部21は、量子ビット列101を、送信部11から量子通信路1を介して受信することにより、量子ビット列201を取得する。また、受信部21は、量子ビット列201の取得処理に使用された光学系機器の出力情報205を、算出部24に入力する。出力情報205の詳細は、図3を参照して後述する。
The reception unit 21 acquires the
シフト(Sift)処理部22は、複数の基底からランダムに選択した参照基底により、所定のビット列単位で量子ビット列201を参照してシフト鍵データ203(第1シフト鍵データ)を取得するシフト処理を行う。そしてシフト処理部22は、シフト鍵データ203を訂正部26に入力する。また、シフト処理部22は、シフト鍵データ203に含まれる部分シフト鍵データ202を、推定部23に入力する。部分シフト鍵データ202は、シフト鍵データ203に含まれる所定の長さのビット列である。
The shift (Shift)
一方、送信装置10のシフト処理部12は、量子ビット列101にシフト処理を行うことにより、シフト鍵データ103を取得する。そしてシフト処理部12は、シフト鍵データ103を生成部13及び秘匿性増強処理部14に入力する。また、シフト処理部12は、シフト鍵データ103に含まれる部分シフト鍵データ102(第2部分シフト鍵データ)を、古典通信路2を介して、推定部23に送信する。部分シフト鍵データ102は、シフト鍵データ103に含まれる所定の長さのビット列である。
On the other hand, the
推定部23は、送信装置10のシフト処理部12から、部分シフト鍵データ102を受信し、シフト処理部22から、部分シフト鍵データ202を受け付ける。推定部23は、部分シフト鍵データ102と部分シフト鍵データ202とを比較することにより、部分シフト鍵データ202の誤りビットの位置情報を特定する。推定部23は、誤りビットの位置情報と、部分シフト鍵データ202のビット数から得られた部分シフト鍵データ202の誤り率により、シフト鍵データ203の推定誤り率204を推定する。そして推定部23は、推定誤り率204を決定部25に入力する。
The
また、算出部24は、受信部21から出力情報205を受け付けると、当該出力情報205に応じて、推定誤り率204のマージン206を算出する。マージン206の算出処理の詳細は、図4を参照して後述する。算出部24は、マージン206を決定部25に入力する。
Further, when receiving the
決定部25は、推定部23から推定誤り率204を受け付け、算出部24からマージン206を受け付ける。決定部25は、推定誤り率204とマージン206とから、シフト鍵データ203の誤り訂正処理の設定情報を決定する。設定情報は任意でよい。第1実施形態の説明では、設定情報はLDPCパラメータ207である。LDPCパラメータ207の例、及び、LDPCパラメータ207の決定方法の詳細は、図5を参照して後述する。決定部25は、LDPCパラメータ207を訂正部26に入力する。また決定部25は、LDPCパラメータ207を、古典通信路2を介して、送信装置10の生成部13に送信する。
The
送信装置10の生成部13は、受信装置20の決定部25からLDPCパラメータ207を受信し、シフト処理部12からシフト鍵データ103を受け付ける。生成部13は、LDPCパラメータ207を使用して、シフト鍵データ103からシンドロームデータ104を生成する。そして生成部13は、シンドロームデータ104を、古典通信路2を介して、受信装置20の訂正部26に送信する。
The
受信装置20の訂正部26は、送信装置10の生成部13から、シンドロームデータ104を受信し、決定部25から、LDPCパラメータ207を受け付け、シフト処理部22から、シフト鍵データ203を受け付ける。訂正部26は、シンドロームデータ104及びLDPCパラメータ207を使用して、シフト鍵データ203に誤り訂正処理を行うことにより、訂正鍵データ208を生成する。そして訂正部26は、訂正鍵データ208を秘匿性増強処理部27に入力する。
The
秘匿性増強処理部27は、訂正部26から、訂正鍵データ208を受け付けると、当該訂正鍵データ208に秘匿性増強処理を行うことにより、量子鍵データ209を生成する。秘匿性増強処理は、訂正鍵データ208を圧縮して、量子鍵データ209を生成することにより、当該量子鍵データ209の秘匿性を高める処理である。
When the confidentiality
一方、送信装置10の秘匿性増強処理部14は、シフト処理部12から、シフト鍵データ103を受け付けると、当該シフト鍵データ103に秘匿性増強処理を行うことにより、量子鍵データ209と同一の量子鍵データ105を生成する。
On the other hand, when the confidentiality enhancement processing unit 14 of the
次に図3を参照して、受信部21に使用される光学系機器の出力情報205の詳細について説明する。
Next, with reference to FIG. 3, details of the
図3は第1実施形態の受信部21のハードウェア構成の例を示す図である。第1実施形態の受信部21は、偏光調整器221、マッハツェンダ干渉計222及び光学検出器223により実現される。マッハツェンダ干渉計222は、ファイバーストレッチャー224及び位相変調器225を備える。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of the receiving unit 21 according to the first embodiment. The receiving unit 21 of the first embodiment is realized by a polarization adjuster 221, a Mach-
量子暗号通信が不安定になる要因として、送信装置10と受信装置20とをつなぐ光ファイバー(量子通信路1)の偏光特性の変化、位相特性の変化、及び、光子の到着時間のずれの3つが考えられる。偏光特性の変化、及び、光子の到着時間のずれは、光ファイバー敷設区間の温度等の外的環境の変化によって引き起こされる。位相特性の変化は、光ファイバーのパス長の変化によって引き起こされる。光ファイバーのパス長の変化は、送信装置10及び受信装置20が設置されている部屋の温度等の変化により生じる。光ファイバーの偏光特性の変化、光ファイバーの位相特性の変化、及び、光子の到着時間のずれが生じると、量子通信路1の誤り率が上昇する。
There are three factors that cause instability in quantum cryptography communication: change in polarization characteristics of optical fiber (quantum communication path 1) connecting the
偏光調整器221は、光ファイバーの偏光特性の変化を補償するため、光ファイバーの偏光を調整する。ファイバーストレッチャー224は、光ファイバーの位相特性の変化を補償するため、光ファイバーのパス長を調整する。位相変調器225は、送信装置10で変調された光子の位相を復調する。光学検出器223は、光子の検出ゲートを調整して光子の到着時間のずれを補償しながら、光子を検出し、複数の量子ビット列201を取得する。
The polarization adjuster 221 adjusts the polarization of the optical fiber in order to compensate for changes in the polarization characteristics of the optical fiber. The
出力情報205は、偏光調整器221の出力電圧231、ファイバーストレッチャー224の出力電圧232、及び、検出ゲート調整信号233を含む。偏光調整器221の出力電圧231は、光ファイバーの偏光を調整する制御に使用された電圧である。ファイバーストレッチャー224の出力電圧232は、光ファイバーのパス長を調整する制御に使用された電圧である。検出ゲート調整信号223は、光子の検出ゲートを調整する制御に使用された電圧である。
The
次に図4を参照して、マージン206の算出処理の詳細について説明する。
Next, the details of the
図4は第1実施形態の算出部24の機能構成の例を示す図である。第1実施形態の算出部24は、変動量算出部241及びマージン決定部242を備える。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of the
偏光調整器221の出力電圧231の変動、及び、検出ゲート調整信号233の変動は、光ファイバー(量子通信路1)の偏光特性の変動、及び、光子の到着時間のずれの変動に対応している。よって、偏光調整器221の出力電圧231の変動、及び、検出ゲート調整信号233の変動が大きいほど、量子通信路1は不安定な状態になっている。
The fluctuation of the
また、ファイバーストレッチャー224の出力電圧232の変動は、光ファイバー(量子通信路1)の位相特性の変動に対応している。ファイバーストレッチャー224の出力電圧232の変動が大きいほど、量子通信路1は不安定な状態になっている。
The fluctuation of the
まとめると、出力情報205(出力電圧231、出力電圧232及び検出ゲート調整信号233)の変動が大きいほど、量子通信路1の状態は不安定になっている。
In summary, the state of the quantum communication channel 1 becomes unstable as the fluctuation of the output information 205 (the
変動量算出部241は、受信部21から、出力情報205を受け付けると、出力情報205に含まれる出力電圧231、出力電圧232及び検出ゲート調整信号233それぞれの変動量234を算出する。変動量234は、例えば単位時間あたりの変動の絶対値を累積した量である。変動量算出部241は、変動量234をマージン決定部242に入力する。
When the fluctuation amount calculation unit 241 receives the
マージン決定部242は、変動量算出部241から変動量234を受け付けると、当該変動量234に基づいてマージン206を決定する。
When the margin determining unit 242 receives the
マージン決定部242は、例えば変動量234が、偏光調整器221の出力電圧231の変動量である場合、変動量234と、偏光調整器221で定められている電圧の最大変動幅との割合に応じて、マージン206を決定する。具体的には、マージン決定部242は、例えば1分あたりの変動量234が最大変動幅の5%以下の場合、マージン206を5%に決定する。また例えば、マージン決定部242は、1分あたりの変動量234が最大変動幅の5%〜10%の場合、マージン206を10%に決定する。また例えば、マージン決定部242は、1分あたりの変動量234が最大変動幅の10%〜15%の場合、マージン206を15%に決定する。また例えば、マージン決定部242は、1分あたりの変動量234が最大変動幅の20%を超える場合、マージン206を20%に決定する。
For example, when the
また例えば、マージン決定部242は、変動量234が、ファイバーストレッチャー224の出力電圧232の変動量である場合、変動量234と、ファイバーストレッチャー224で定められている電圧の最大変動幅との割合に応じて、マージン206を決定する。
Further, for example, when the
また例えば、マージン決定部242は、変動量234が、検出ゲート調整信号233の変動量である場合、変動量234と光学検出器223の検出ゲート信号の駆動周期との割合に応じてマージン206を決定する。
Further, for example, when the
次に図5を参照して、LDPCパラメータ207の例、及び、LDPCパラメータ207の決定方法の詳細について説明する。
Next, an example of the
図5は第1実施形態のLDPCパラメータ207の例を示す図である。図5の例は、LDPCパラメータ207が、LDPC符号の符号化率である場合を示す。決定部25は、設定誤り率に応じて符号化率(LDPCパラメータ207)を決定する。設定誤り率は、推定誤り率204及びマージン206から算出される。決定部25は、例えば推定誤り率204が2%であり、マージン206が20%である場合、設定誤り率を2.4%(=2×1.2)に決定する。決定部25は、例えば図5に示すテーブル情報を使用して、設定誤り率から、符号化率(LDPCパラメータ207)を決定する。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the
以上、説明したように、第1実施形態の受信装置20(量子通信装置)では、受信部21が、光子の量子状態を利用した複数の基底のうち一の基底により表現された量子ビットを、送信装置10から量子通信路1を介して受信し、受信した複数の量子ビットから成る量子ビット列201を取得する。シフト処理部22が、複数の基底からランダムに選択した参照基底により、所定のビット列単位で量子ビット列201を参照してシフト鍵データ203(第1シフト鍵データ)を取得するシフト処理を行う。決定部25が、シフト鍵データ203の推定誤り率204と、推定誤り率204のマージン206とから、シフト鍵データ203の誤り訂正処理の設定情報(LDPCパラメータ207)を決定する。そして訂正部26が、設定情報を使用して、誤り訂正処理を行うことにより、訂正鍵データ208を生成する。
As described above, in the receiving device 20 (quantum communication device) according to the first embodiment, the receiving unit 21 receives a qubit expressed by one base among a plurality of bases using the quantum state of photons. A
量子暗号通信の誤り訂正処理では、シンドロームデータ104を古典通信路2経由で転送する必要がある。シンドロームデータ104はシフト鍵データ103に関連する情報であるため、古典通信路2に潜んでいる可能性のある盗聴者にできるだけ知られないようにする必要がある。よって、シフト鍵データ203の訂正が可能であり、かつ、シンドロームデータ104の転送量が最小となるLDPCパラメータ207を決定することが理想である。しかしながら、シフト鍵データ203の誤り率に影響を及ぼす量子通信路1は、外乱の影響を受けやすいので、量子通信路1の状態は不安定である。また、訂正対象となるシフト鍵データ203の誤り率の真値(正しい誤り率)は、実際に訂正処理をする前はわからない。訂正対象となるシフト鍵データ203の誤り率の真値に対応したLDPCパラメータ207を決定することが理想である。
In the error correction process of quantum cryptography communication, it is necessary to transfer the
第1実施形態の受信装置20(量子通信装置)では、算出部24が、光学系機器の振る舞いを示す出力情報205からマージン206を算出する。すなわち、第1実施形態の受信装置20(量子通信装置)は、出力情報205から算出されたマージン206により、量子通信路1の状態を予測する。そして決定部25が、当該マージン206と推定誤り率204とを考慮して設定情報(LDPCパラメータ207)を決定する。これにより第1実施形態の量子通信システム100によれば、誤り訂正処理の設定情報をより適切に決定することができる。
In the receiving device 20 (quantum communication device) of the first embodiment, the
(第2実施形態)
次に第2実施形態について説明する。第2実施形態の説明では、第1実施形態と同様の説明については省略し、第1実施形態と異なる箇所について説明する。第2実施形態では、推定誤り率204の推定方法が第1実施形態と異なる。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. In the description of the second embodiment, the description similar to that of the first embodiment is omitted, and only points different from the first embodiment will be described. In the second embodiment, the
[機能構成の例]
図6は第2実施形態の量子通信システム100の機能構成の例を示す図である。第2実施形態の量子通信システム100は、送信装置10及び受信装置20を備える。
[Example of functional configuration]
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of the
送信装置10は、送信部11、シフト処理部12、生成部13a、生成部13b及び秘匿性増強処理部14を備える。
The
受信装置20は、受信部21、シフト処理部22、推定部23、算出部24、決定部25、訂正部26a、訂正部26b及び秘匿性増強処理部27を備える。
The
送信装置10のシフト処理部12は、第1実施形態と同様にして、量子ビット列101から、部分シフト鍵データ102及びシフト鍵データ103を取得する。シフト処理部12は、部分シフト鍵データ102を生成部13aに入力し、シフト鍵データ103を生成部13bに入力する。
The
なお第2実施形態では、部分シフト鍵データ102は、受信装置20に送信されない。そのため部分シフト鍵データ102を、秘匿性増強処理の対象として使用されるシフト鍵データ103に含めてもよい。
In the second embodiment, the partial shift
生成部13aは、シフト処理部12から、部分シフト鍵データ102を受け付けると、当該部分シフト鍵データ102から部分シンドロームデータ106を生成する。そして生成部13aは、部分シンドロームデータ106を、古典通信路2を介して、受信装置20の訂正部26aに送信する。
Upon receiving the partial shift
生成部13bの動作は、第1実施形態の生成部13と同じなので、説明を省略する。
Since the operation of the generation unit 13b is the same as that of the
受信装置20の訂正部26aは、送信装置10の生成部13aから、部分シンドロームデータ106を受信し、シフト処理部22から部分シフト鍵データ202を受け付ける。訂正部26aは、部分シンドロームデータ106を使用して、部分シフト鍵データ202(第1部分シフト鍵データ)に、誤り訂正処理を行うことにより、部分訂正鍵データ210を生成する。そして訂正部26aは、部分訂正鍵データ210を推定部23に入力する。
The correction unit 26 a of the
なお第2実施形態では、部分シフト鍵データ102は、受信装置20に送信されない。そのため部分シフト鍵データ102に対応する部分シフト鍵データ202から生成された部分訂正鍵データ210を、秘匿性増強処理の対象として使用される訂正鍵データ208に含めてもよい。
In the second embodiment, the partial shift
推定部23は、シフト処理部22から、部分シフト鍵データ202を受け付け、訂正部26aから、部分訂正鍵データ210を受け付ける。推定部23は、部分訂正鍵データ210と、部分シフト鍵データ202(第1部分シフト鍵データ)とを比較することにより得られた誤りビットの位置情報に基づいて、シフト鍵データ203の推定誤り率204を推定する。
The
訂正部26bの動作は、第1実施形態の訂正部26と同じなので、説明を省略する。
Since the operation of the correction unit 26b is the same as that of the
なお上述の生成部13a及び13bは、1つの生成部として実現されていてもよい。同様に、上述の訂正部26a及び26bは、1つの訂正部として実現されていてもよい。 The generation units 13a and 13b described above may be realized as a single generation unit. Similarly, the correction units 26a and 26b described above may be realized as one correction unit.
以上、説明したように、第2実施形態の量子通信システム100によれば、第1実施形態の場合と同様に、誤り訂正処理の設定情報をより適切に決定することができる。
As described above, according to the
(第3実施形態)
次に第3実施形態について説明する。第3実施形態の説明では、第1実施形態と同様の説明については省略し、第1実施形態と異なる箇所について説明する。第3実施形態では、推定誤り率204の推定方法が第1実施形態と異なる。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described. In the description of the third embodiment, descriptions similar to those of the first embodiment are omitted, and portions different from the first embodiment are described. In the third embodiment, the estimation method of the estimated
[機能構成の例]
図7は第3実施形態の量子通信システム100の機能構成の例を示す図である。第3実施形態の量子通信システム100は、送信装置10及び受信装置20を備える。
[Example of functional configuration]
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of the
送信装置10は、送信部11、シフト処理部12、生成部13及び秘匿性増強処理部14を備える。
The
受信装置20は、受信部21、シフト処理部22、推定部23、算出部24、決定部25、訂正部26及び秘匿性増強処理部27を備える。
The
推定部23は、前回のシフト処理により取得されたシフト鍵データ203(第1シフト鍵データ)と、前回の誤り訂正処理により生成された訂正鍵データ208とを比較することにより得られた誤りビットの位置情報に基づいて、推定誤り率204を推定する。すなわち推定部23は、前回のシフト処理によって取得されたシフト鍵データ203の誤り率により、次に誤り訂正処理の対象にするシフト鍵データ203の推定誤り率204を推定する。
The
なお、ひとつ前の誤り訂正処理が失敗した場合、決定部25が、例えば使用可能なLDPCパラメータ207の中で、訂正能力が一番高いLDPCパラメータ207を、誤り訂正処理に使用するLDPCパラメータ207に決定してもよい。また例えば、推定部23が、最後に訂正が成功した時のシフト鍵データ203の誤り率により、推定誤り率204を推定してもよい。
When the previous error correction process fails, the
以上、説明したように、第3実施形態の量子通信システム100によれば、第1実施形態の場合と同様に、誤り訂正処理の設定情報をより適切に決定することができる。
As described above, according to the
最後に、第1〜第3実施形態の送信装置10及び受信装置20のハードウェア構成の例について説明する。
Finally, examples of hardware configurations of the
[ハードウェア構成の例]
図8は第1〜第3実施形態の送信装置10及び受信装置20の主要部の構成の例を示す図である。第1〜第3実施形態の送信装置10及び受信装置20は、制御装置301、主記憶装置302、補助記憶装置303、表示装置304、入力装置305、量子通信IF(Interface)306及び古典通信IF307を備える。
[Example of hardware configuration]
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a configuration of main parts of the
制御装置301、主記憶装置302、補助記憶装置303、表示装置304、入力装置305、量子通信IF306及び古典通信IF307は、バス310を介して接続されている。
The
制御装置301は、補助記憶装置303から主記憶装置302に読み出されたプログラムを実行する。主記憶装置302は、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等のメモリである。補助記憶装置303は、HDD(Hard Disk Drive)及びメモリカード等である。
The
表示装置304は、送信装置10及び受信装置20の状態等を表示する。入力装置305はユーザーからの入力を受け付ける。
The
量子通信IF306は、量子通信路1に接続するためのインターフェースである。受信装置20の量子通信IF306は、上述の受信部21のハードウェア構成(図3参照)を含む。古典通信IF307は、古典通信路2に接続するためのインターフェースである。
The quantum communication IF 306 is an interface for connecting to the quantum communication path 1. The quantum communication IF 306 of the
第1〜第3実施形態の送信装置10及び受信装置20は、図8のハードウェア構成を備えていれば、汎用のコンピュータ等を含む任意の装置により実現可能である。
The
第1〜第3実施形態の送信装置10及び受信装置20で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでCD−ROM、メモリカード、CD−R、及び、DVD(Digital Versatile Disc)等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶されてコンピュータ・プログラム・プロダクトとして提供される。
The programs executed by the
また第1〜第3実施形態の送信装置10及び受信装置20で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。
The program executed by the
また第1〜第3実施形態の送信装置10及び受信装置20が実行するプログラムを、ダウンロードさせずにインターネット等のネットワーク経由で提供するように構成してもよい。
Moreover, you may comprise so that the program which the
また第1〜第3実施形態の送信装置10及び受信装置20で実行されるプログラムを、ROM等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。
Moreover, you may comprise so that the program run with the
第1〜第3実施形態の送信装置10及び受信装置20で実行されるプログラムは、第1〜第3実施形態の送信装置10及び受信装置20の機能構成のうち、プログラムにより実現可能な機能を含むモジュール構成となっている。
The programs executed by the
プログラムにより実現される機能は、制御装置301が補助記憶装置303等の記憶媒体からプログラムを読み出して実行することにより、主記憶装置302にロードされる。すなわちプログラムにより実現される機能は、主記憶装置302上に生成される。
Functions realized by the program are loaded into the
なお第1〜第3実施形態の送信装置10及び受信装置20の機能の一部又は全部を、IC(Integrated Circuit)等のハードウェアにより実現してもよい。ICは、例えば専用の処理を実行するプロセッサである。
Note that some or all of the functions of the
また複数のプロセッサを用いて各機能を実現する場合、各プロセッサは、各機能のうち1つを実現してもよいし、各機能のうち2つ以上を実現してもよい。 When each function is realized using a plurality of processors, each processor may realize one of the functions or two or more of the functions.
また第1〜第3実施形態の送信装置10及び受信装置20の動作形態は任意でよい。第1〜第3実施形態の送信装置10及び受信装置20を、例えばネットワーク上のクラウドシステムを構成する装置として動作させてもよい。
The operation forms of the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10 送信装置
11 送信部
12 シフト処理部
13 生成部
14 秘匿性増強処理部
20 受信装置
21 受信部
22 シフト処理部
23 推定部
24 算出部
25 決定部
26 訂正部
27 秘匿性増強処理部
100 量子通信システム
221 偏光調整器
222 マッハツェンダ干渉計
223 光学検出器
224 ファイバーストレッチャー
225 位相変調器
241 変動量算出部
242 マージン決定部
301 制御装置
302 主記憶装置
303 補助記憶装置
304 表示装置
305 入力装置
306 量子通信IF
307 古典通信IF
310 バス
DESCRIPTION OF
307 Classical communication IF
310 bus
実施形態の量子通信装置は、送信装置から量子通信路を介して受信された量子ビット列にシフト処理を行うことにより得られた第1シフト鍵データを訂正する量子通信装置であって、決定部と訂正部とを備える。決定部は、前記第1シフト鍵データの推定誤り率と、前記推定誤り率のマージンとから、前記第1シフト鍵データの誤り訂正処理の設定情報を決定する。訂正部は、前記設定情報を使用して、前記誤り訂正処理を行うことにより、訂正鍵データを生成する。 A quantum communication device according to an embodiment is a quantum communication device that corrects first shift key data obtained by performing a shift process on a qubit string received from a transmission device via a quantum communication channel, and includes: a determination unit; And a correction unit . Determined tough is the estimated error rate of the first shift key data, and a margin of the estimated error rate, to determine the configuration information of the error correction processing of the first shift key data. The correction unit generates correction key data by performing the error correction process using the setting information.
Claims (10)
前記複数の基底からランダムに選択した参照基底により、所定のビット列単位で前記量子ビット列を参照して第1シフト鍵データを取得するシフト処理を行うシフト処理部と、
前記第1シフト鍵データの推定誤り率と、前記推定誤り率のマージンとから、前記第1シフト鍵データの誤り訂正処理の設定情報を決定する決定部と、
前記設定情報を使用して、前記誤り訂正処理を行うことにより、訂正鍵データを生成する訂正部と、
を備える量子通信装置。 Receives a qubit represented by one of a plurality of bases using a quantum state of a photon from a transmitting device via a quantum communication channel, and acquires a qubit sequence composed of the received plurality of qubits And
A shift processing unit that performs a shift process of acquiring first shift key data with reference to the qubit string in units of a predetermined bit string by using a reference base randomly selected from the plurality of bases;
A determination unit that determines setting information for error correction processing of the first shift key data from the estimated error rate of the first shift key data and a margin of the estimated error rate;
A correction unit that generates correction key data by performing the error correction process using the setting information;
A quantum communication device comprising:
を更に備える請求項1に記載の量子通信装置。 Obtained by comparing the first partial shift key data included in the first shift key data and the second partial shift key data included in the second shift key data obtained by the shift process of the transmission device. An estimation unit for estimating the estimated error rate based on the error rate,
The quantum communication device according to claim 1, further comprising:
前記部分訂正鍵データと、前記第1部分シフト鍵データとを比較することにより得られた誤り率により、前記推定誤り率を推定する推定部、
を更に備える請求項1に記載の量子通信装置。 The correction unit generates partial correction key data by performing the error correction process on the first partial shift key data included in the first shift key data,
An estimation unit that estimates the estimated error rate based on an error rate obtained by comparing the partial correction key data and the first partial shift key data;
The quantum communication device according to claim 1, further comprising:
を更に備える請求項1に記載の量子通信装置。 The estimated error rate is estimated based on the error rate obtained by comparing the first shift key data acquired by the previous shift process and the correction key data generated by the previous error correction process. An estimator to
The quantum communication device according to claim 1, further comprising:
請求項1に記載の量子通信装置。 The determining unit determines the margin based on output information of an optical system device used in the receiving unit;
The quantum communication device according to claim 1.
前記偏光調整器の出力電圧の変動量に基づいて前記マージンを算出する算出部、
を更に備える請求項5に記載の量子通信装置。 The optical system device is a polarization adjuster,
A calculation unit that calculates the margin based on a variation amount of an output voltage of the polarization adjuster;
The quantum communication device according to claim 5, further comprising:
前記ファイバーストレッチャーの出力電圧の変動量に基づいて前記マージンを算出する算出部、
を更に備える請求項5に記載の量子通信装置。 The optical system device is a fiber stretcher,
A calculation unit that calculates the margin based on a fluctuation amount of an output voltage of the fiber stretcher;
The quantum communication device according to claim 5, further comprising:
前記光学検出器の検出ゲート調整信号の変動量に基づいて前記マージンを算出する算出部、
を更に備える請求項5に記載の量子通信装置。 The optical system device is an optical detector,
A calculation unit for calculating the margin based on a fluctuation amount of a detection gate adjustment signal of the optical detector;
The quantum communication device according to claim 5, further comprising:
前記受信装置は、
光子の量子状態を利用した複数の基底のうち一の基底により表現された量子ビットを、前記送信装置から前記量子通信路を介して受信し、受信した複数の前記量子ビットから成る量子ビット列を取得する受信部と、
前記複数の基底からランダムに選択した参照基底により、所定のビット列単位で前記量子ビット列を参照して第1シフト鍵データを取得するシフト処理を行うシフト処理部と、
前記第1シフト鍵データの推定誤り率と、前記推定誤り率のマージンとから、前記第1シフト鍵データの誤り訂正処理の設定情報を決定する決定部と、
前記設定情報を使用して、前記誤り訂正処理を行うことにより、訂正鍵データを生成する訂正部と、
を備える量子通信システム。 A quantum communication system in which a transmission device and a reception device are connected via a quantum communication path,
The receiving device is:
A qubit represented by one of a plurality of bases using the quantum state of a photon is received from the transmitting device via the quantum communication channel, and a qubit sequence including the received plurality of qubits is obtained. A receiving unit to
A shift processing unit that performs a shift process of acquiring first shift key data with reference to the qubit string in units of a predetermined bit string by using a reference base randomly selected from the plurality of bases;
A determination unit that determines setting information for error correction processing of the first shift key data from the estimated error rate of the first shift key data and a margin of the estimated error rate;
A correction unit that generates correction key data by performing the error correction process using the setting information;
A quantum communication system comprising:
前記複数の基底からランダムに選択した参照基底により、所定のビット列単位で前記量子ビット列を参照して第1シフト鍵データを取得するシフト処理を行うステップと、
前記第1シフト鍵データの推定誤り率と、前記推定誤り率のマージンとから、前記第1シフト鍵データの誤り訂正処理の設定情報を決定するステップと、
前記設定情報を使用して、前記誤り訂正処理を行うことにより、訂正鍵データを生成するステップと、
を含む量子通信方法。 Receiving a qubit represented by one of a plurality of bases using a quantum state of a photon from a transmitting device via a quantum communication channel, and obtaining a qubit sequence including the received plurality of qubits When,
Performing a shift process of acquiring first shift key data with reference to the qubit string in a predetermined bit string unit by a reference base randomly selected from the plurality of bases;
Determining setting information for error correction processing of the first shift key data from the estimated error rate of the first shift key data and a margin of the estimated error rate;
Generating correction key data by performing the error correction process using the setting information; and
A quantum communication method comprising:
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